KR102609416B1 - 컬러 센서 및 이를 포함하는 영상 획득 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 컬러 센서는 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 갖는 픽셀 어레이를 포함하고, 단위 픽셀은 제1 평면적을 갖는 블루 컬러 필터와, 제2 평면적을 갖는 그린 컬러 필터와, 제3 평면적을 갖는 레드 컬러 필터 및 레드 컬러 필터, 그린 컬러 필터 및 블루 컬러 필터 각각에 대응하여 제1 기판의 두께 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치된 레드 수광 소자, 그린 수광 소자 및 블루 수광 소자를 포함하고, 제1 평면적은 제2 평면적보다 크고 제3 평면적보다 크다.

Description

컬러 센서 및 이를 포함하는 영상 획득 장치{Color sensor and apparatus for acquiring image including the same}
실시 예는 컬러 센서 및 이를 포함하는 영상 획득 장치에 관한 것이다.
광의 강도를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 컬러 센서(또는, 광 센서)는 널리 알려져 있다. 컬러 센서는 인간의 생활 환경에 따라 조도 조정이나 온/오프 제어 등이 필요한 기기에 많이 사용된다.
표시 장치는 표시 장치의 주위의 밝기를 검출하고, 그 표시 휘도를 조정하기 위해 컬러 센서를 사용한다. 즉, 컬러 센서에 의하여 주위의 밝기를 검출하여 적당한 표시 휘도를 얻음으로써, 표시 장치는 시인성을 향상시켜 낭비 전력을 저감할 수 있다. 예를 들어, 휘도 조정용의 컬러 센서는, 휴대 전화, 표시부를 갖는 컴퓨터 등의 표시 장치에 이용될 수 있다.
컬러 센서는 광을 센싱(sensing)하기 위해 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 포함한다. 즉, 컬러 센서는 광전 변환 소자에 흐르는 전류량에 의거하여 조도를 검출할 수 있다. 이를 위해, 컬러 센서는 특정한 파장 대역의 광을 필터링하는 컬러 필터와 각 컬러 필터별로 배치된 포토 다이오드를 포함한다. 컬러 필터의 종류로서, 그린(Green) 광을 투과시키는 그린 컬러 필터와, 레드(red) 광을 투과시키는 레드 컬러 필터와, 블루(blue) 광을 투과시키는 블루 컬러 필터가 있다. 포토 다이오드는 각 컬러 필터에서 투과된 광을 센싱하고, 센싱된 광의 크기에 상응하는 레벨을 갖는 전기적인 신호를 생성하여 출력한다. 그러나, 파장 대역별로 포토 다이오드에서 생성되는 전기적 신호의 레벨이 모두 달라 컬러별 광량을 정확히 센싱할 수 없는 문제점이 있다.
실시 예는 박막형의 컬러 센서 및 이를 포함하는 영상 획득 장치를 제공한다.
일 실시 예에 의한 컬러 센서는 제1 기판; 및 상기 제1 기판 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 갖는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 단위 픽셀은 제1 평면적을 갖는 블루 컬러 필터; 제2 평면적을 갖는 그린 컬러 필터; 제3 평면적을 갖는 레드 컬러 필터; 및 상기 레드 컬러 필터, 상기 그린 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터 각각에 대응하여 상기 제1 기판의 두께 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치된 레드 수광 소자, 그린 수광 소자 및 블루 수광 소자를 포함하고, 상기 제1 평면적은 상기 제2 평면적보다 크고 상기 제3 평면적보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 평면적은 상기 제2 및 제3 평면적 각각의 2배일 수 있다.
예를 들어, 상기 블루 컬러 필터는 행 방향으로 서로 인접하게 이격되어 배치된 제1 및 제2 블루 컬러 필터를 포함할 수 있다. 또는, 상기 블루 컬러 필터는 대각선 방향으로 서로 인접하게 이격되어 배치된 제1 및 제2 블루 컬러 필터를 포함할 수도 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터 및 상기 레드 컬러 필터는 상기 제1 및 제2 블루 컬러 필터와 열 방향으로 각각 중첩될 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 레드 컬러 필터 및 상기 그린 컬러 필터는 상기 제1 및 제2 블루 컬러 필터와 열 방향으로 각각 중첩될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 블루 컬러 필터는 일체형일 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터는 상기 제1 블루 컬러 필터와 행 방향으로 인접하고, 상기 레드 컬러 필터는 상기 제2 블루 컬러 필터와 상기 행 방향으로 인접할 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 레드 컬러 필터는 상기 제1 블루 컬러 필터와 행 방향으로 인접하고, 상기 그린 컬러 필터는 상기 제2 블루 컬러 필터와 상기 행 방향으로 인접할 수 있다.
예를 들어, 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제1 기판의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터 각각은 다각형, 원형, 타원형 또는 원호형 중 적어도 하나의 평면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터 각각은 행 방향으로 연장된 제1 부분; 상기 제1 부분으로부터 열 방향으로 연장된 제2 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 기판은 광이 입사되는 제1; 면 및 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제1 기판의 광이 입사되는 면 위에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제1 기판의 광이 입사되는 반대되는 면 위에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 레드 수광 소자는 상기 레드 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 레드 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제1 전기적 신호를 생성하고, 상기 그린 수광 소자는 상기 그린 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 그린 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제2 전기적 신호를 생성하고, 상기 블루 수광 소자는 상기 블루 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 블루 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제3 전기적 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 기판의 제1 두께는 상기 그린, 블루 또는 레드 컬러 필터의 제2 두께와 상기 레드, 그린 또는 블루 수광 소자의 제3 두께의 합보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 레드, 그린 및 블루 수광 소자 각각은 상기 해당하는 컬러 필터에서 투과된 광을 상기 제1 기판의 상기 제1 면과 대면하는 제3 면으로 수광하여 각자의 전기적 신호를 생성하는 수광부; 상기 제1 기판의 상기 제2 면과 상기 수광부의 제3 면 사이에 배치된 투광 전극; 및 상기 수광부의 상기 제3 면의 반대측 제4 면 위에 배치된 금속 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 레드, 그린 및 블루 수광 소자 각각은 박막 형태로서, 1050 ㎚ 내지 수 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 레드, 그린 및 블루 수광 소자의 상기 투광 전극은 서로 연결되거나 이격될 수 있다.
예를 들어, 상기 단위 센서는 상기 레드, 그린 및 블루 수광 소자 사이에 배치된 격벽을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컬러 센서는 제2 기판; 상기 제2 기판과 상기 금속 전극 사이에 배치된 제1 솔더볼; 상기 투광 전극으로부터 연장되어 상기 제1 기판의 상기 제2 면 위에 배치된 접점부; 및 상기 접점부와 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제2 솔더볼을 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 의한 영상 획득 장치는, 제1 기판을 포함하는 컬러 센서; 및 상기 컬러 센서와 대향하여 배치된 카메라 모듈을 포함하고, 상기 컬러 센서는 상기 제1 기판 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 갖는 픽셀 어레이를 더 포함하고, 상기 단위 픽셀은 제1 평면적을 갖는 블루 컬러 필터; 제2 평면적을 갖는 그린 컬러 필터; 및 제3 평면적을 갖는 레드 컬러 필터를 포함하고, 상기 제1 평면적은 상기 제2 평면적보다 크고 상기 제3 평면적보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제1 기판의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 갖고, 상기 카메라 모듈은 상기 픽셀 어레이 중 인접한 픽셀 사이에서 상기 제1 기판의 상기 중앙을 향하여 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다.
실시 예에 따른 컬러 센서 및 이를 포함하는 영상 획득 장치는 파장대역별로 생성되는 전기적인 신호의 레벨을 동일하게 할 수 있어, 예를 들어 색 판단 알고리즘의 제작을 용이하게 할 수 있고, 반도체 제조 공정에 의해 픽셀을 예를 들어 글래스 커버 상에 박막으로 형성하여 초막형의 얇은 두께를 가질 수 있고, 와이어의 필요성을 제거함으로써 더욱 얇아질 수 있고, 사용되는 용도에 적합하도록 다양하게 패터닝된 평면 형상을 가질 수 있어 단위 픽셀의 개수 및 컬러 센서 전체 면적을 원하는 크기로 구현할 수 있도록 하고, 컬러 센서를 위한 별도의 공간이 필요없다.
도 1은 실시 예에 의한 컬러 센서의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 픽셀의 일 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 10은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 11은 도 1에 도시된 단위 픽셀의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 12는 단위 픽셀의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 13은 단위 픽셀의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 14는 또 다른 실시 예에 의한 단위 픽셀의 단면도를 나타낸다.
도 15는 다른 실시 예에 의한 컬러 센서의 단면도를 나타낸다.
도 16a 내지 도 16d는 도 14에 도시된 단위 픽셀의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 17a 내지 도 17d는 실시 예에 의한 컬러 센서의 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 18은 실시 예에 의한 영상 획득 장치의 단면도를 나타낸다.
도 19는 도 18에 도시된 영상 획득 장치의 평면도를 나타낸다.
도 20은 실시 예에 의한 스펙트럴 센서의 평면도를 나타낸다.
도 21은 도 20에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절개한 단면도에 해당한다.
도 22는 도 20에 도시된 스펙트럴 센서에서 수광 파장 선택성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
실시 예에 의한 컬러 센서(color sensor)(1000)는 데카르트 좌표계를 이용하여 설명되지만, 다른 좌표계를 이용하여 설명될 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에서, 각 도면에 도시된 x축과, y축과, z축은 서로 직교할 수도 있고 교차할 수도 있다.
도 1은 실시 예에 의한 컬러 센서(1000)의 평면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 컬러 센서(1000)는 제1 기판(210) 및 픽셀 어레이(pixel array)(UP11, UP12, UP21, UP22)를 포함할 수 있다.
제1 기판(210)은 외기로부터 컬러 센서(1000)를 보호하는 역할을 수행하는 커버 글래스 자체에 해당할 수 있다. 또는, 제1 기판(210)은 커버 글래스와 일체형으로 구현될 수 있다. 제1 기판(210)은 광에 대해 투과성을 갖는 물질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(210)은 색 필터 및 박막 실리콘 포토 다이오드를 형성하는 기판일 수 있으며, 유리(glass), 실리콘 웨이퍼 또는 투광성 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 제1 기판(210)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
또한, 제1 기판(210)은 실시 예에 의한 컬러 센서(1000)가 적용되는 용도에 맞는 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 컬러 센서(1000)가 플렉서블(flexible)한 용도로 사용될 경우 제1 기판(210)은 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 컬러 센서 또는 후술되는 스펙트럴 센서가 플렉서블할 경우, 이러한 플렉서블한 컬러 센서(또는, 플렉서블한 스펙트럴 센서)는 웨어러블(wearable) 혈중 알코올 농도 센서 또는 혈당 센서 등에 사용될 수 있다. 또는 예를 들어, 컬러 센서(1000)가 적외선 차단 필터링을 위해 적용될 경우 제1 기판(210)은 실리콘 재질로 구현될 수 있으며, 컬러 필터(1000)가 스크래치(scratch)로부터 내성을 가져야 하는 분야에 적용될 경우 제1 기판(210)은 유리 재질로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이는 제1 기판(210) 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이는 M x N 개의 단위 픽셀을 포함할 수 있다. M은 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 세로 방향(예를 들어, z축 방향)의 개수를 의미하고, N은 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 가로 방향(예를 들어, y축 방향)의 개수를 의미할 수 있다. 또한, M과 N 각각은 1 이상의 양의 정수일 수 있다. 도 1의 경우, 설명의 편의상 M=N=2인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. M=N=2일 경우, 도 1에 예시된 픽셀 어레이는 4개의 단위 픽셀(UP11, UP12, UP21, UP22)을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 픽셀(UPmn)의 일 실시 예(200A)에 의한 평면도를 나타낸다. 여기서, 1≤ m ≤ M 이고, 1≤ n ≤ N 이다.
단위 픽셀은 복수의 컬러 필터(또는, 파장 필터부)를 포함할 수 있다. 복수의 컬러 필터 각각은 특정한 파장 대역의 광만을 투과시키며, 광학 필터로 구현될 수 있다. 즉, 복수의 컬러 필터 각각에서 투과된 파장 대역의 광은 후술되는 컬러별 수광 소자에서 센싱될 수 있다. 이러한 컬러 필터로서, 레드(red) 컬러 필터(R), 그린(green) 컬러 필터(G) 및 블루(blue) 컬러 필터(B:B1, B2)를 포함할 수 있다.
레드 컬러 필터(R)는 레드 광을 투과시키고, 그린 컬러 필터(G)는 그린 광을 투과시키고, 블루 컬러 필터(B)는 블루 광을 투과시킨다.
실시 예에 의하면, 블루 컬러 필터(B)의 평면적(이하, '제1 평면적'이라 함)은 그린 컬러 필터(G)의 평면적(이하, '제2 평면적'이라 함)보다 크고, 레드 컬러 필터(R)의 평면적(이하, '제3 평면적'이라 함)보다 클 수 있다.
예를 들어, 제1 평면적은 제2 및 제3 평면적 각각의 2배일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 제2 평면적과 제2 평면적은 동일하고, 제1 평면적은 제2 및 제3 평면적 각각의 2배일 수 있다.
제1 평면적이 제2 평면적 및 제3 평면적 각각보다 클 수 있다면, 블루 컬러 필터(B), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G)는 평면상에서 다양하게 배치될 수 있으며, 각 필터(B, R, G)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
이하, 실시 예에 따른, 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 그린 컬러 필터(G) 및 레드 컬러 필터(R)가 평면상에서 배치된 다양한 모습과 각 필터(G, R, B:B1, B2)의 다양한 평면 형상에 대해 첨부된 도 2 내지 도 11을 참조하여 다음과 같이 살펴보지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이하에서 언급되는 열 방향은 예를 들어 z축 방향을 의미하고, 행 방향은 예를 들어 y축 방향을 의미할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 3 내지 도 11은 도 1에 도시된 단위 픽셀(UPmn)의 다른 실시 예(200B 내지 200J)에 의한 평면도를 나타낸다.
일 실시 예에 의하면, 도 2 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 블루 컬러 필터(B)는 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)로 분리된 분리형 평면 형상을 가질 수 있다. 제1 블루 컬러 필터(B1)는 제1-1 평면적을 갖고, 제2 블루 컬러 필터(B2)는 제1-2 평면적을 가질 수 있다. 즉, 전술한 제1 평면적은 제1-1 평면적과 제1-2 평면적의 합일 수 있다. 실시 예에 의하면, 제1-1 평면적과 및 제1-2 평면적 각각은 제2 및 제3 평면적 각각의 2배일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
블루 컬러 필터(B)가 분리형일 때, 일 실시 예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200A)에서 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)는 행 방향으로 서로 인접하여 배치될 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았지만, 단위 픽셀에서, 그린 컬러 필터(G)가 배치되는 곳에 제1 블루 컬러 필터(B1)가 배치되고, 레드 컬러 필터(R)가 배치되는 곳에 제2 블루 컬러 필터(B2)가 배치되고, 제1 블루 컬러 필터(B1)가 배치되는 곳에 그린 또는 레드 컬러 필터(G, R) 중 하나가 배치되고, 제2 블루 컬러 필터(B2)가 배치되는 곳에 그린 또는 레드 컬러 필터(G, R) 중 다른 하나가 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 3 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200B 내지 200E)에서 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)는 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 2 및 도 5에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200A, 200D)에서 그린 컬러 필터(G)는 제1 블루 컬러 필터(B1)와 열 방향으로 중첩되어 배치되고, 레드 컬러 필터(R)는 제2 블루 컬러 필터(B2)와 열 방향으로 중첩되어 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 3 및 도 6에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200B, 200E)에서 레드 컬러 필터(R)는 제1 블루 컬러 필터(B1)와 열 방향으로 중첩되어 배치되고, 그린 컬러 필터(G)는 제2 블루 컬러 필터(B2)와 열 방향으로 중첩되어 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 3 및 도 6에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200B, 200E)에서 그린 컬러 필터(G)는 제1 블루 컬러 필터(B1)와 행 방향으로 인접하여 배치되고, 레드 컬러 필터(R)는 제2 블루 컬러 필터(B2)와 행 방향으로 인접하여 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200C, 200D)에서 레드 컬러 필터(R)는 제1 블루 컬러 필터(B1)와 행 방향으로 인접하여 배치되고, 그린 컬러 필터(G)는 제2 블루 컬러 필터(B2)와 행 방향으로 인접하여 배치될 수 있다.
제1-1 평면적과 제1-2 평면적의 합에 해당하는 제1 평면적이 제2 및 제3 평면적 각각보다 클 수 있다면, 단위 픽셀에서 레드 컬러 필터(R), 그린 컬러 필터(G) 및 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)는 도 2 내지 도 6에 도시된 모습과 다른 모습으로 평면상에서 다양하게 배치될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)가 서로 분리된 도 2 내지 도 6에 도시된 단위 픽셀(UPmn)과 달리, 다른 실시 예에 의하면, 도 7 및 도 8에 각각 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(UPmn)에서 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)는 일체형으로 구현될 수 있다.
이와 같이, 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)가 일체형으로 구현될 경우, 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2) 각각의 제1-1 및 제1-2 평면적의 합인 제1 평면적은 제2 내지 도 6에 예시된 바와 같이 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)가 서로 이격되어 배치될 경우의 제1 평면적보다 클 수 있다. 왜냐하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)가 행 방향으로 이격된 공간에도 블루 컬러 필터가 배치될 수 있기 때문이다.
또 다른 실시 예에 의하면, 그린 컬러 필터(G), 레드 컬러 필터(R) 및 블루 컬러 필터(B:B1, B2)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 가질 수 있다. 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 9에 도시된 제1 내지 제4 컬러 필터(CF1A, CF2A, CF3A, CF4A) 중 임의의 2개는 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)에 해당할 수 있고, 나머지 2개는 그린 컬러 필터(G)와 레드 컬러 필터(R)에 해당할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1A, CF2A) 중 어느 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1)에 해당하고 나머지 다른 하나는 제2 블루 컬러 필터(B2)에 해당하고, 제3 및 제4 컬러 필터(CF3A, CF4A) 중 하나는 레드 컬러 필터(R)에 해당하고 나머지 다른 하나는 그린 컬러 필터(G)에 해당할 수 있다.
또는, 제3 및 제4 컬러 필터(CF3A, CF4A) 중 어느 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1)에 해당하고 나머지 다른 하나는 제2 블루 컬러 필터(B2)에 해당하고, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1A, CF2A) 중 하나는 레드 컬러 필터(R)에 해당하고 나머지 다른 하나는 그린 컬러 필더(G)에 해당할 수 있다.
도 9에 예시된 바와 같이, 제1 내지 제4 컬러 필터(CF1A 내지 CF4A)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 가짐을 알 수 있다. 즉, 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸독록 배치되는 평면 형상을 가질 수 있다.
전술한 도 9의 경우, 평면상에서 블루 컬러 필터(B)가 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)로 분리된 형태로서 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G)와 함께 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치된다. 이와 달리, 평면상에서 블루 컬러 필터(B)가 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)로 분리되지 않고 일체형으로 구현된 상태에서 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G)와 함께 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치될 수도 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1B, CF2B, CF3B) 중에서 제1 컬러 필터(CF1B)는 블루 컬러 필터(B)에 해당하고, 제2 및 제3 컬러 필터(CF2B, CF3B) 중 어느 하나는 그린 컬러 필터(G)에 해당하고 나머지 하나는 레드 컬러 필터(R)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 제2 컬러 필터(CF2B)는 레드 컬러 필터(R)에 해당하고 제3 컬러 필터(CF3B)는 그린 컬러 필더(G)에 해당하거나, 제2 컬러 필터(CF2B)는 그린 컬러 필터(G)에 해당하고 제3 컬러 필터(CF3B)는 레드 컬러 필더(R)에 해당할 수 있다.
도 10 및 도 11에 예시된 바와 같이, 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1B 내지 CF3B)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 가짐을 알 수 있다. 즉, 블루 컬러 필터(B), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸독록 배치되는 평면 형상을 가질 수 있다.
도 2 내지 도 8에 도시된 단위 픽셀(200A 내지 200G)과 마찬가지로, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 단위 픽셀(200H, 200I, 200J)에서 블루 컬러 필터(B:B1, B2)의 제1 평면적은 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G) 각각의 평면적보다 더 클 수 있다.
한편, 단위 픽셀에서 각 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)는 다각형, 원형, 타원형 또는 원호형 중 적어도 하나의 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 8에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200A 내지 200G)에서 각 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)는 사각형 평면 형상을 가질 수 있다.
또는, 도 9에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200H)에서 각 컬러 필터(CF1A, CF2A, CF3A, CF4A)는 직사각형 2개가 'ㄱ'자로 꺾여진 평면 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 9를 참조하면, 각 컬러 필터(CF1A, CF2A, CF3A, CF4A)는 제1 및 제2 부분(S1, S2)을 포함할 수 있다. 제1 부분(S1)은 행 방향으로 연장되어 배치된 부분에 해당하고, 제2 부분(S2)은 제1 부분(S1)으로부터 열 방향으로 연장되어 배치된 부분에 해당한다.
또한, 단위 픽셀에서 각 컬러 필터(B, B1, B2, R, G)는 원호형 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 10 및 도 11에 예시된 바와 같이, 단위 픽셀(200I, 200J)에서 각 컬러 필터(CF1B, CF2B, CF3B)는 원호 평면 형상을 가질 수 있다.
전술한 블루 컬러 필터(B:B1, B2), 그린 컬러 필터(G) 및 레드 컬러 필터(R) 각각은 컬러 필터 포토레지스트(color filter photoresist), 다층 박막 1차원 포토크리스탈(photocrystal)(SiO2/TiO2), 표면 플라즈마 공진 필터(surface plasma resonance filter) 등으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 컬러 필터(B, G, R)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
이하, 실시 예에 의한 컬러 센서의 단면 형상을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 전술한 바와 같이, 픽셀 어레이는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 가지므로, 단위 픽셀의 단면 형상에 대해서만 살펴본다.
실시 예에 의하면, 단위 픽셀은 블루 컬러 필터(B:B1, B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G), 레드 수광 소자, 블루 수광 소자 및 그린 수광 소자를 포함할 수 있다.
도 12는 단위 픽셀의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 12는 도 2에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수도 있고, 도 3에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수도 있다. 도 12에서 괄호 밖의 참조부호는 도 12가 도 2에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 단면도인 경우에 해당하고, 괄호 내의 참조부호는 도 12가 도 3에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 단면도인 경우에 해당한다.
단위 픽셀이 배치되는 제1 기판(210)은 제1 면(SUR1) 및 제2 면(SUR2)을 포함할 수 있다. 제1 면(SUR1)은 광이 입사되는 면에 해당하고, 제2 면(SUR2)은 제1 면(SUR1)의 반대측 면에 해당한다.
일 실시 예에 의하면 단위 픽셀의 블루, 레드 및 그린 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)는 제1 기판(210)에서 광이 입사되는 반대측면 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 12가 도 2에 도시된 단위 픽셀(200A)의 단면도에 해당할 경우, 도 12에 예시된 바와 같이 제1 블루 컬러 필터(B1) 및 제2 블루 컬러 필터(B2)는 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 위에 배치될 수 있다. 또는, 도 12가 도 3에 도시된 단위 픽셀(200B)의 단면도에 해당할 경우, 도 12에 예시된 바와 같이 제1 블루 컬러 필터(B1) 및 그린 컬러 필터(G)는 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 위에 배치될 수 있다.
도 13은 단위 픽셀의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 13은 도 2에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수도 있고, 도 3에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수도 있다. 도 13에서 괄호 밖의 참조부호는 도 13이 도 2에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 단면도인 경우에 해당하고, 괄호 내의 참조부호는 도 13이 도 3에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 단면도인 경우에 해당한다.
다른 실시 예에 의하면, 단위 픽셀의 블루, 그린 및 레드 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)는 제1 기판(210)에서 광이 입사되는 면 위에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 13이 도 2에 도시된 단위 픽셀(200A)의 단면도에 해당할 경우, 도 13에 예시된 바와 같이 제1 블루 컬러 필터(B1) 및 제2 블루 컬러 필터(B2)는 제1 기판(210)의 제1 면(SUR1) 위에 배치될 수 있다. 또는, 도 13이 도 3에 도시된 단위 픽셀(200B)의 단면도에 해당할 경우, 도 13에 예시된 바와 같이 제1 블루 컬러 필터(B1) 및 그린 컬러 필터(G)는 제1 기판(210)의 제1 면(SUR1) 위에 배치될 수 있다.
또한, 단위 픽셀에서 레드, 그린 및 블루 수광 소자는 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향 또는 z축 방향 중 적어도 한 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
레드 수광 소자는 레드 컬러 필터(R)와 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로 중첩되어 배치되어, 레드 컬러 필터(R)를 투과한 광의 세기에 비례하는 제1 전기적 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
그린 수광 소자는 그린 컬러 필터(G)와 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로 중첩되어 배치되어, 그린 컬러 필터(G)를 투과한 광의 세기에 비례하는 제2 전기적 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
블루 수광 소자는 블루 컬러 필터(B)와 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로 중첩되어 배치되어, 블루 컬러 필터(B:B1, B2)를 투과한 광의 세기에 비례하는 제3 전기적 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
또한, 블루 컬러 필터(B)가 분리형으로서 제1 및 제2 블루 컬러 필터(B1, B2)를 포함할 경우, 블루 수광 소자 역시 제1 및 제2 블루 수광 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 단위 픽셀에서 레드, 그린, 제1 및 제2 블루 수광 소자는 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향 또는 z축 방향 중 적어도 한 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
제1 블루 수광 소자는 제1 블루 컬러 필터(B1)와 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로 중첩되어 배치되어, 제1 블루 컬러 필터(B1)를 투과한 광의 세기에 비례하는 제3-1 전기적 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 제2 블루 수광 소자는 제2 블루 컬러 필터(B2)와 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로 중첩되어, 제2 블루 컬러 필터(B2)를 투과한 광의 세기에 비례하는 제3-2 전기적 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
또한, 레드 수광 소자, 그린 수광 소자, 블루 수광 소자, 제1 블루 수광 소자 또는 제2 블루 수광 소자 각각은 수광부, 투광 전극 및 금속 전극을 포함할 수 있다.
수광부는 그린 컬러 필터(G), 레드 컬러 필터(R), 블루 컬러 필터(B), 제1 블루 컬러 필터(B1) 또는 제2 블루 컬러 필터(B2)에서 투과된 광을 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)과 대면하는 면(이하, '제3 면')으로 수광하고, 수광된 광량에 상응하는 레벨을 갖는 전기적인 신호를 생성한다.
컬러별 수광 소자가 해당하는 하나의 컬러 필터에 대응하여 중첩되어 배치되므로, 실시 예에 의하면 수광부는 하나의 컬러 필터에 대해 하나씩 할당될 수 있다. 즉, 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R), 그린 컬러 필터(G) 각각에 대해 수광부가 할당되어 배치될 수 있다.
따라서, 제1 블루 컬러 필터(B1)에 할당된 수광부(이하, '제1 블루 수광부')는 제1 블루 컬러 필터(B1)에서 투과된 광의 량에 상응하는 레벨을 갖는 제3-1 전기적인 신호를 생성할 수 있다. 제2 블루 컬러 필터(B2)에 할당된 수광부(이하, '제2 블루 수광부')는 제2 블루 컬러 필터(B2)에서 투과된 광의 량에 상응하는 레벨을 갖는 제3-2 전기적인 신호를 생성할 수 있다. 레드 컬러 필터(R)에 할당된 수광부(이하, '레드 수광부')는 레드 컬러 필터(R)에서 투과된 광의 량에 상응하는 레벨을 갖는 제1 전기적인 신호를 생성할 수 있다. 그린 컬러 필터(G)에 할당된 수광부(이하, '그린 수광부')는 그린 컬러 필터(G)에서 투과된 광의 량에 상응하는 레벨을 갖는 제2 전기적인 신호를 생성할 수 있다.
제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각은 Si PIN 형태, SiGe PIN 형태, GaN, InGaN, GaAs, InGaAs 등의 반도체 적층 구조로 구현될 수 있으나, 실시 예는 수광부의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각은 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 상에 적층되어 배치된 제1, 제2 및 제3 반도체층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 블루 수광 소자, 제2 블루 수광 소자 및 그린 수광 소자 각각의 제1 블루, 제2 블루 및 그린 수광부(230B1, 230B2, 230G) 각각은 제1 반도체층(236), 제3 반도체층(또는, 활성층)(234) 및 제2 반도체층(232)을 포함할 수 있다.
제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 상에 제2 반도체층(232), 제3 반도체층(234) 및 제1 반도체층(236)이 순차적으로 적층되어 배치될 수 있다.
제1 반도체층(236)과 제2 반도체층(232)은 서로 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(236)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층이고 제2 반도체층(232)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층일 수 있다. 또는, 제1 반도체층(236)은 제2 도전형 반도체층이고 제2 반도체층(232)은 제1 도전형 반도체층을 가질 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제3 반도체층(234)은 제1 및 제2 반도체층(236, 232) 사이에 배치될 수 있다. 제3 반도체층(234)은 진성 반도체층을 포함할 수 있으며, 언도프드(Undoped:Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 언도프드 반도체층이란, 반도체층의 성장 공정에서 도펀트 예를 들어, n형 도펀트를 공급하지 않은 영역에서도 나트륨(N)이 결핍된 N-vacancy가 발생할 수 있고 이때 N-vacancy가 많아지면 잉여 전자의 농도가 커져서, 제조 공정에서 의도하지 않았더라고, n-형 도펀트로 도핑된 것과 유사한 전기적인 특성을 가질 수 있다.
제2 반도체층(232)이 p형 도펀트로 도핑되고, 제1 반도체층(236)이 n형 도펀트로 도핑되고, 제3 반도체층(234)이 진성 반도체층일 경우, 제1 블루, 제2 블루 및 그린 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G) 각각은 PIN 형태의 반도체층일 수 있다.
제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 달리 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 기판(210)과 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각의 사이에 투광 전극이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 12 및 도 13에 예시된 바와 같이, 투광 전극(220A, 220B)은 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)과 제1 블루, 제2 블루 및 그린 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G) 각각의 제3 면(SUR3) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 투광 전극(220A, 220B)은 주로 가시광선 파장 대역을 갖는 광을 투과시키며, 전기적 전도성을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 이를 위해, 투광 전극(220A, 220B)은 GAZO, GZO, ITO 등으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 투광 전극(220A, 220B)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
컬러 필터(B, B1, B2, G, R)를 통과한 후 제1 블루, 제2 블루, 그린 또는 레드 수광부에서 생성된 전기적 신호를 컬러 센서(1000)의 외부로 전달하는 역할을 수행하는 투광 전극(220A, 220B)은 컬러 센서(1000)의 양극(anode)(또는, 음극(cathode))에 해당할 수 있다.
또한, 레드 수광 소자, 블루 수광 소자(또는, 제1 및 제2 블루 수광 소자) 및 그린 수광 소자 각각의 투광 전극은 서로 전기적으로 연결될 수도 있고, 서로 전기적으로 분리될 수도 있다. 예를 들어, 도 12 및 도 13에 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 블루 수광 소자 및 그린 수광 소자 각각의 투광 전극(220A, 220B)은 서로 전기적으로 연결될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이 경우, 서로 인접하는 수광 소자 사이에서, 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)이 투광 전극이 더 배치될 수 있다.
제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각은 제3 면의 반대측 면(이하, '제4 면)을 갖는다. 금속 전극은 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부 각각의 제4 면 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 블루 수광 소자에서 금속 전극(240B1)은 제1 블루 수광부(230B1)의 제4 면(SUR4) 위에 배치되고, 제2 블루 수광 소자에서 금속 전극(240B2)은 제2 블루 수광부(230B2)의 제4 면(SUR4) 위에 배치되고, 그린 수광 소자에서 금속 전극(240G)은 그린 수광부(230G)의 제4 면(SUR4) 위에 배치됨을 알 수 있다.
또한, 제1 블루 수광 소자의 금속 전극(240B1)과 제2 블루 수광 소자의 금속 전극(240B2)은 서로 전기적으로 이격되어 배치될 수도 있고, 서로 전기적으로 분리되어 배치될 수도 있다.
금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G)은 금속 박막 형태로 해당하는 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G) 위에 배치될 수 있다. 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)를 통과한 후 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부에서 생성된 전기적 신호를 컬러 센서(1000)의 외부로 전달하는 역할을 하는 금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G)은 컬러 센서(1000)의 음극(또는, 양극)에 해당할 수 있다.
예를 들어, 금속 전극(240B1, 240B2, 240G)은 Al, Ti, TiN, Ag 또는 Au 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 실시 예는 금속 전극(240B1, 240B2, 240G)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
도 12 및 도 13에 비록 예시되지 않았지만, 레드 수광 소자도 그린 수광 소자나 제1 또는 제2 블루 수광 소자와 동일한 단면 형상의 수광부, 투광 전극 및 금속 전극을 포함할 수 있다.
도 13에서와 같이 컬러 필터(B, B1, B2, G, G)가 제1 기판(210)의 제1 면(SUR1) 위에 배치될 경우, 제1 기판(210) 내부의 혼선(crosstalk)의 영향으로 레드 이외의 그린이나 블루 광이 레드 수광부로 입사될 수도 있고, 그린 이외의 레드나 블루 광이 그린 수광부로 입사될 수도 있고, 블루 이외의 그린이나 레드 광이 블루 수광부(또는, 제1 또는 제2 블루 수광부)로 입사될 수 있다.
그러나, 도 12에서와 같이 컬러 필터(B, B1, B2, G, G)가 제1 기판(210)의 제1 면(SUR1)이 아닌 제2 면(SUR2) 위에 배치될 때, 해당하는 수광부로 다른 색의 광이 입사될 가능성이 적어짐으로써 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부에서 생성되는 전기적 신호의 레벨이 증가할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시 예에 의한 단위 픽셀의 단면도를 나타낸다.
도 14에 도시된 단위 픽셀은 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2), 제1 및 제2 수광 소자 및 격벽(250)을 포함할 수 있다.
도 14에 도시된 단위 픽셀은 도 2 내지 도 11에 도시된 단위 픽셀(200A 내지 200J)의 단면도에 해당할 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 제1 기판(210)은 도 2 내지 도 11에 도시된 제1 기판(210)에 해당할 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 제서, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 중 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G) 중 하나에 해당하고, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 중 다른 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G) 중 다른 하나에 해당할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 수광 소자 중 하나는 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광 소자 중 하나에 해당하고, 제1 및 제2 수광 소자 중 다른 하나는 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광 소자 중 다른 하나에 해당할 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 단위 픽셀과 달리, 도 14에 도시된 단위 픽셀은 격벽(250)을 더 포함하고, 인접하는 제1 및 제2 수광 소자의 제1 및 제2 투광 전극(220CF1, 220CF2)은 서로 분리된 단면 형상을 갖는다. 이러한 차이점을 제외하면, 도 14에 도시된 단위 픽셀은 도 12 또는 도 13에 도시된 단위 픽셀과 동일하다. 따라서, 도 14에서 도 12 및 도 13과 중복되는 부분에 대한 설명을 생략한다. 즉, 도 14에 도시된 제1 수광부(230CF1) 및 제2 수광부(230CF2)는 도 12 및 도 13에 도시된 제1 블루 수광부(230B1) 및 제2 블루 수광부(230B2)(또는, 제1 블루 수광부(230B1) 또는 그린 수광부(230G))에 각각 해당하고, 도 14에 도시된 제1 및 제2 금속 전극(240CF1, 240CF2)은 도 12 및 도 13에 도시된 금속 전극(240B1, 240B2)(또는, 240B1, 240G)에 각각 해당할 수 있다.
격벽(250)은 레드 수광 소자, 그린 수광 소자 및 블루 수광 소자 사이에 배치될 수 있다. 격벽(250)은 픽셀 어레이에서 픽셀 간 혼선(crosstalk)을 방지하고 전기적인 단락을 방지하는 역할을 한다. 격벽(250)은 전기적 절연성을 갖는 투광성 또는 비투광성 물질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 격벽(250)은 비투광성과 전기적 절연성을 갖는 포토 레지스트(PR:Photoresist)(또는, 블랙마스크) 또는 투광성과 전기적 절연성을 갖는 패럴린(Parylene), SiO2 또는 Al2O3로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1 기판(210)은 제1 두께(T1)를 갖고, 그린, 블루 및 레드 컬러 필터(G, B, R) 각각은 제2 두께(T2)를 갖고, 레드, 그린 및 블루 수광 소자는 제3 두께(T3)를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 두께(T1)가 100 ㎛보다 작을 경우 기계적 특성이 매우 약해져서 깨지거나 파손될 위험성이 있을 수 있고, 500 ㎛보다 클 경우 컬러 센서(1000)의 박형화가 어려울 수 있다. 따라서, 제1 두께(T1)는 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 예를 들어, 100 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제2 두께(T2)가 1.5 ㎛보다 작을 경우 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)에서 원하는 않은 파장 대역의 광을 투과시킬 수 있고, 3 ㎛보다 클 경우 컬러 필터(B, B1, B2, G, R)에서 원하는 파장 대역의 광을 투과시키는 투과율이 저하될 수 있다. 따라서, 제2 두께(T2)는 1.5 ㎛ 내지 3 ㎛ 예를 들어, 2 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제3 두께(T3)는 투광 전극(예를 들어, 220A, 220B, 220CF1, 220CF2)의 제3-1 두께(T31), 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G, 230CF1, 230CF2)의 제3-2 두께(T32) 및 금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G, 240CF1, 240CF2)의 제3-3 두께(T33)의 총합일 수 있다.
제3-1 두께(T31)가 200 ㎚보다 작을 경우 투광 전극의 고유한 역할을 수행하기 어려울 수 있고, 제3-1 두께(T31)가 1 ㎛보다 클 경우 투광 전극의 광 투과율이 저하될 수 있다. 따라서, 제3-1 두께(T31)는 200 ㎚ 내지 1 ㎛ 예를 들어, 500 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제3-2 두께(T32)는 500 ㎚ 내지 수 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제3-3 두께(T33)가 50 ㎚ 작을 경우 전류가 누설될 수 있고, 제3-3 두께(T33)가 1 ㎛보다 클 경우 금속 전극을 형성하기 위해 컬러 센서가 공정 챔버 내에서 장기간 배치되어 공정 기간이 길어짐으로써 제1 블루, 제2 블루, 그린 또는 레드 수광부에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제3-3 두께(T33)는 50 ㎚ 내지 1 ㎛ 예를 들어, 200 ㎚일 수 있으나 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
컬러 필터별로 배치되는 수광 소자 각각은 박막 형태로서, 제3-1, 제3-2 및 제3-3 두께의 합인 제3 두께(T3)는 1050 ㎚ 내지 수 ㎛ 일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
실시 예에 의하면, 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)와 제3 두께(T3)의 합보다 클 수 있다. 예를 들어, 제2 두께(T2)와 제3 두께(T3)의 합은 0.1 ㎜일 수 있다.
도 15는 다른 실시 예에 의한 컬러 센서의 단면도를 나타낸다.
도 15에 도시된 컬러 센서는 제1 기판(210), 제2 기판(212), 접점부(222), 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2), 제1 및 제2 수광 소자, 제1 솔더볼(262, 264), 제2 솔더볼(266) 및 연결부(270)를 포함할 수 있다.
도 12와 달리 도 15에 도시된 컬러 센서는 제2 기판(212). 접점부(222), 제1 솔더볼(262, 264), 제2 솔더볼(266) 및 연결부(270)를 더 포함한다. 이러한 차이점을 제외하면, 도 15에 도시된 컬러 센서는 도 2와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 15에 도시된 제1 기판(210), 투광 전극(220), 제1 컬러 필터(CF1), 제2 컬러 필터(CF2), 제1 수광부(230CF1), 제2 수광부(230CF2), 제1 금속 전극(240CF1) 및 제2 금속 전극(240CF2)은 도 12에 도시된 제1 기판(210), 투광 전극(220A), 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 제1 블루 수광부(230B1), 제2 블루 수광부(230B2), 제1 금속 전극(240B1) 및 제2 금속 전극(240B2)과 각각 동일한 구조를 갖는다.
도 15에 도시된 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 중 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G) 중 하나에 해당하고, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 중 다른 하나는 제1 블루 컬러 필터(B1), 제2 블루 컬러 필터(B2), 레드 컬러 필터(R) 및 그린 컬러 필터(G) 중 다른 하나에 해당할 수 있다.
제2 기판(212)은 제1 및 제2 수광부(230CF1, 230CF2) 각각에서 생성되어 제1 및 제2 솔더부(262, 264, 266)를 통해 전달된 아날로그 형태의 전기적 신호를 증폭하고, 증폭된 전기적 신호를 디지털 형태의 신호로 변환하며, 변환된 디지털 형태의 전기적 신호의 수광 감도를 보정하며, 보정된 결과를 RGB 데이터(예를 들어 보라색을 수광 하였을 때(R,G,B)=(122,0,123))로서 출력할 수 있다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 제2 기판(212)은 주문형 반도체(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제1 솔더볼은 제2 기판(212)과 제1 및 제2 금속 전극(240CF1, 240CF2) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 솔더볼은 제1-1 및 제1-2 솔더볼(262, 264)을 포함할 수 있다. 제1-1 솔더볼(262)은 제2 기판(212)과 제1 금속 전극(240CF1) 사이에 배치되고, 제1-2 솔더볼(264)은 제2 기판(212)과 제2 금속 전극(240CF2) 사이에 배치될 수 있다.
접점부(222)는 투광 전극(220)으로부터 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, y축 방향 및 z축 방향)으로 연장되어, 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 위에 배치될 수 있다. 도 15의 경우, 접점부(222)는 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2) 위에 굴곡진 형태로 배치될 수도 있지만, 이와 달리 평평하게 배치될 수도 있다. 접점부(222)는 투광 전극(220)과 동일한 물질로 구현될 수도 있고, 투광 전극(220)과 다른 물질로 구현될 수도 있다. 그러나, 접점부(222)가 투광 전극(220)과 동일한 물리적 성질 예를 들어, 전기전 전도성을 가질 수 있다면, 실시 예는 접점부(222)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
연결부(270)는 접점부(222)를 제2 솔더부(266)에 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 다른 실시 예에 의하면, 제2 솔더부(266)가 연결부(270)의 역할을 대신할 경우, 연결부(270)는 생략될 수도 있다.
제2 솔더부(266)는 연결부(270)와 제2 기판(212) 사이에 배치될 수 있다. 만일, 연결부(270)가 생략될 경우, 제2 솔더부(266)는 접점부(222)와 제2 기판(212) 사이에 배치될 수도 있다.
도 15에 도시된 바와 같이 WLSCP(Wafer Level Chip Scale Package) 방식으로 컬러 센서를 구현할 경우, 제2 기판(212)의 동일면 상에 단위 픽셀의 전극이 배치됨으로써, 제1 기판(210), 제1 및 제2 수광 소자부 및 제2 기판(212)을 일체형 센서 모듈 형태로 제작할 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 컬러 센서 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 설명의 편의상, 도 14에 도시된 컬러 센서의 단위 픽셀의 제조 방법에 대해서만 설명하지만, 다른 단위 픽셀의 제조 방법도 하기에 설명되는 도 14에 도시된 컬러 센서의 단위 픽셀의 제조 방법을 토대로 이해할 수 있음은 물론이다.
도 16a 내지 도 16d는 도 14에 도시된 단위 픽셀의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 16a를 참조하면, 제1 기판(210)을 준비한다. 제1 기판(210)은 유리(glass), 실리콘 웨이퍼 또는 투광성 플라스틱 중 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있으나, 실시 예는 제1 기판(210)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
이후, 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)에 컬러 필터 형성용 물질을 증착하여 형성한 후, 통상의 사진 식각 공정을 통해 컬러 필터 형성용 물질을 패터닝하여 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2)를 형성한다. 예를 들어, 컬러 필터 형성용 물질은 컬러 필터 포토레지스트(color filter photoresist), 다층 박막 1차원 포토크리스탈(photocrystal)(SiO2/TiO2) 등일 수 있으나, 실시 예는 컬러 필터 형성용 물질의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
이후, 도 16b를 참조하면, 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)과 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 상에 투광 전극 형성용 물질을 증착하고, 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 사이에 위치하는 제1 기판(210) 제2 면(SUR2)이 노출되도록, 투광 전극 형성용 물질을 패터닝하여, 제1 및 제2 투광 전극(220CF1, 220CF2)을 형성한다. 예를 들어, 투광 전극 형성용 물질은 가시광선 파장 대역을 갖는 광을 투과시키며, 전기적 전도성을 갖는 재질 예를 들어, GAZO, GZO, ITO 등으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
이후, 도 16c를 참조하면, 도 16b에 도시된 결과물 위에 제2 반도체층(232), 제3 반도체층(234) 및 제1 반도체층(236) 형성용 물질을 순차적으로 증착하고, 통상의 사진 식각 공정에 의해 각 반도체층(232, 234, 236) 형성용 물질을 패터닝하여 제1 수광부(230CF1) 및 제2 수광부(230CF2)를 형성한다.
예를 들어, 제2 반도체층(232) 형성용 물질은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체로 구현되고, 제1 반도체층(236) 형성용 물질은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체로 구현되고, 제3 반도체층(234)은 진성 반도체로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
이후, 도 16d를 참조하면, 도 16c에 도시된 결과물 위에 금속 전극 형성용 물질을 증착하고, 통상의 사진 식각 공정을 이용하여 금속 전극 형성용 물질을 패터닝하여 제1 및 제2 금속 전극(240CF1, 240CF2)을 형성한다. 예를 들어, 금속 전극 형성용 물질은 Al, Ti, TiN, Ag 또는 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 금속 전극용 물질의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
이후, 도 14를 참조하면, 도 16d에 도시된 결과물 위에 격벽 형성용 물질을 패터닝하여 격벽(250)을 형성한다. 예를 들어, 격벽 형성용 물질은 비투광성과 전기적 절연성을 갖는 포토 레지스트(PR:Photoresist)(또는, 블랙마스크) 또는 투광성과 전기적 절연성을 갖는 패럴린(Parylene), SiO2 또는 Al2O3로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 17a 내지 도 17d는 실시 예에 의한 컬러 센서의 원리를 설명하기 위한 그래프들로서, 종축은 정규화된 광 전류(NPC:Normalized Photo Current)를 나타내고, 횡축은 컬러별 수광부를 나타낸다. 도 17a 내지 도 17d 각각에서, sensor R은 레드 수광부를 나타내고, sensor G는 그린 수광부의 수광부를 나타내고, sensor B는 블루 수광부를 나타낸다.
도 17a를 참조하면, 백색 광이 컬러 센서로 입사될 때, 컬러별 수광부에서 수광되는 광에 상응하는 레벨을 갖는 전기적 신호(예를 들어, 광 전류)를 정규화할 경우, sensor R과 sensor B에서 20%이상, sensor G에서 50% 정도로 RGB모두 일정 수준 이상의 레벨을 갖는 광 전류가 검출됨을 알 수 있다.
도 17b를 참조하면 블루 광이 컬러 센서로 입사될 때, 컬러별 수광 소자에서 수광되는 광에 상응하는 레벨을 갖는 광 전류를 정규화할 경우, sensor B에서 가장 높은 정규화된 광 전류가 검출됨을 알 수 있다.
도 17c를 참조하면 그린 광이 컬러 센서로 입사될 때, 컬러별 수광 소자에서 수광되는 광에 상응하는 레벨을 갖는 광 전류를 정규화할 경우, sensor G에서 가장 높은 정규화된 광 전류가 검출됨을 알 수 있다.
도 17d를 참조하면 레드 광이 컬러 센서로 입사될 때, 컬러별 수광 소자에서 수광되는 광에 상응하는 레벨을 갖는 광 전류를 정규화할 경우, sensor R에서 가장 높은 정규화된 광 전류가 검출됨을 알 수 있다.
결국, 도 17a 내지 도 17d를 참조하면, 컬러 센서에서 센싱되는 광의 색이 달라짐에 따라 해당하는 수광부에서 생성되는 광 전류의 레벨이 서로 다름을 알 수 있다. 이와 같이, 수광부의 분광 감응도에 의해 광의 컬러별로 광 전류의 레벨 편차가 발생한다. 따라서, 블루 수광부에서의 광 전류의 레벨 편차를 줄이기 위해, 실시 예에 의한 컬러 센서는 블루 컬러 필터(B:B1, B2)의 제1 평면적을 그린 컬러 필터(G)의 제2 평면적보다 크게 하고, 레드 컬러 필터(R)의 제3 평면적보다 크게 한다. 이와 같이, 제1 평면적이 제2 및 제3 평면적 각각보다 클 경우, 블루 수광 소자에서 검출된 광 전류의 레벨은 그린 수광 소자 및 레드 수광 소자 각각에서 검출된 광 전류의 레벨과 유사 또는 동일하게 80% 이상으로 상회할 수 있다.
즉, 실시 예에 의한 컬러 센서의 경우, 수광부의 단위 면적당 분광도(A/W)에 따라 광의 색별로 즉, 광의 파장 대역별로 컬러 필터의 평면적을 달리함으로써, 파장 대역별로 생성되는 전기적인 신호의 레벨을 유사 또는 동일하게 할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 색 판단 알고리즘의 제작을 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 16a 내지 도 16d에서 전술한 바와 같이, 반도체 제조 공정에 의해 제1 기판(210) 상에 컬러 필터(B, B1, B2, R, G), 투광 전극(예를 들어, 220, 220A, 220B, 220CF1, 220CF2), 제1 블루, 제2 블루, 그린 및 레드 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G, 230CF1, 230CF2) 및 금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G, 240CF1, 240CF2)을 증착시켜 박막으로 형성할 수 있어, 컬러 센서의 두께가 더욱 슬림화될 수 있다. 예를 들어, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 제2 두께(T2)와 제3 두께(T3)의 합은 대략 0.1 ㎜로서 초박형화될 수 있다. 또한, 컬러 센서(1000)가 사용되는 용도에 적합하도록 컬러 센서(1000)의 평면 형상을 다양하게 패터닝할 수 있어, 단위 픽셀의 개수 및 컬러 센서 전체 면적을 원하는 크기로 구현할 수 있도록 한다. 즉, 실시 예에 의한 컬러 센서는 다양한 파장 대역의 광을 센싱할 수 있도록 하고, 대면적으로 구현될 수 있다.
만일, 컬러 센서가 제1 기판(210)뿐만 아니라 커버 글래스를 별개로 포함할 경우, 컬러 센서의 전체 두께는 2 ㎜ 정도로 매우 커질 수 있다. 그러나, 실시 예에서와 같이, 커버 글래스를 제1 기판(210)으로 사용할 경우 즉, 커버 글래스와 제1 기판(210)이 일체형이므로 컬러 센서(1000)의 전체 두께가 2 ㎜보다 얇아질 수 있다.
또한, 레드, 그린, 제1 블루, 제2 블루 수광부 각각에서 수광된 광의 량에 상응하는 레벨을 갖는 제1 내지 제3 전기적 신호를 컬러 센서(1000)로부터 출력하기 위해, 전기적 신호의 양(+)의 레벨 및 음(-)의 레벨과 각각 연결되는 별도의 와이어(미도시)가 금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G, 240R, 240CF1A 내지 240CF4A, 240CF1B 내지 240CF3B)에 전기적으로 연결될 경우, 컬러 센서의 두께가 매우 두꺼워질 수 있다. 그러나, 도 15에 예시된 바와 같이, 실시 예의 경우, 투광 전극(220)과 접점부(270)와 제2 솔더부(266)를 이용하여 전기적 신호의 양(+)의 레벨과 연결되고, 금속 전극(예를 들어, 240CF1, 240CF2)과 제1 솔더부(262, 264)를 이용하여 전기적 신호의 음(-)의 레벨과 연결함으로써 와이어의 필요성을 제거함으로써 컬러 센서(1000)의 두께가 더욱 슬림화될 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 컬러 센서(1000)는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 컬러 센서는 자신의 주변 광을 검출하는 장치, 카메라 모듈의 색 보정 센서, 디스플레이 보정 센서 및 초소형 스펙트럴 센서(spectral sensor) 등에 적용될 수 있다. 여기서, 초소형 스펙트럴 센서란, 광의 각 파장별 세기를 전기적 신호로 변환하는 센서에 해당할 수 있다.
이하, 컬러 센서를 포함하는 실시 예에 의한 영상 획득 장치(또는, 카메라 모듈 일체형 컬러 센서)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 18은 실시 예에 의한 영상 획득 장치(300)의 단면도를 나타내고, 도 19는 도 18에 도시된 영상 획득 장치(300)의 평면도를 나타낸다. 도 18에서 도 19에 도시된 렌즈(312)는 생략되었다.
도 18 및 도 19에 도시된 영상 획득 장치(300)는 컬러 센서 및 카메라 모듈(310)을 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 영상 획득 장치(300)에서 도 15에 도시된 제2 기판(212) 대신에 카메라 모듈(310)이 배치되고, 도 15에 도시된 투광 전극(220)과 달리 투광 전극(220CF1, 220CF2)이 서로 이격된 단면 형상을 가짐을 제외하면, 도 18에 도시된 영상 획득 장치(300)는 도 15에 도시된 컬러 센서와 동일하므로 동일한 부분에 대한 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 18에 도시된 영상 획득 장치(300)에서 제1 기판(210), 제1 컬러 필터(CF1), 제2 컬러 필터(CF2), 접점부(222), 제1 수광부(230CF1), 제2 수광부(230CF2), 제1 금속 전극(240CF1), 제2 금속 전극(240CF2), 연결부(270), 제1 및 제2 솔더부(262, 264, 266)는 도 15에 도시된 제1 기판(210), 제1 컬러 필터(CF1), 제2 컬러 필터(CF2), 접점부(222), 제1 수광부(230CF1), 제2 수광부(230CF2), 제1 금속 전극(240CF1), 제2 금속 전극(240CF2), 연결부(270), 제1 및 제2 솔더부(262, 264, 266)와 각각 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하여 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
도 18에 도시된 투광 전극(220CF1, 220CF2)은 도 15에 도시된 투광 전극(220)과 동일한 역할을 수행한다. 다만, 도 15에 도시된 투광 전극(220)은 서로 인접하는 제1 수광부(230CF1)와 제2 수광부(230CF2)를 연결하는 단면 형상을 갖는 반면, 도 18에 도시된 제1 투광 전극(220CF1)과 제2 투광 전극(220CF2)은 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치된 단면 형상을 갖는다.
카메라 모듈(310)은 컬러 센서와 대향하여 배치된다. 카메라 모듈(310)은 일반적인 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 19를 참조하면, 카메라 모듈(310)은 렌즈(312)를 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 영상 획득 장치(300)에서 렌즈(312)와 카메라 모듈(310)을 제외하면, 도 10에 도시된 단위 픽셀(200I)과 동일하므로 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 10에 도시된 단위 픽셀(200I)과 마찬가지로 도 19에 도시된 영상 획득 장치(300)의 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1B, CF2B, CF3B)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치된 평면 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 10에서 전술한 바와 같이, 도 19에 도시된 제1 컬러 필터(CF1B)는 블루 컬러 필터(B)에 해당하고, 제2 및 제3 컬러 필터(CF2B, CF3B) 중 하나는 그린 컬러 필터(G)에 해당하고 제2 및 제3 컬러 필터(CF2B, CF3B) 중 나머지 하나는 레드 컬러 필터에 해당할 수 있다. 따라서, 도 19에 도시된 영상 획득 장치(300)에서 그린 컬러 필터(G), 레드 컬러 필터(R) 및 블루 컬러 필터(B)는 제1 기판(210)의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 갖는다.
렌즈(312)는 외부로부터 영상 획득 장치(300)로 입사되는 영상을 담은 이미지를 카메라 모듈(310)로 집광시키는 역할을 한다.
도 18 및 도 19을 참조하면, 카메라 모듈(310)은 픽셀 어레이 중에서 인접하는 픽셀 사이에서 제1 기판(210)의 제2 면(SUR2)의 중앙을 향하여 돌출된 단면 형상을 갖는다. 이와 같이, 인접하는 픽셀들 사이에 카메라 모듈(310)이 배치될 경우, 영상 획득 장치(300)의 제1 기판(210)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 두께가 얇아질 수 있다. 즉, 실시 예에 의한 컬러 센서가 영상 획득 장치에 배치될 경우, 컬러 센서를 위한 별도의 공간을 줄일 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 컬러 센서를 포함하는 실시 예에 의한 스펙트럴 센서에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 20은 실시 예에 의한 스펙트럴 센서의 평면도를 나타내고, 도 21은 도 20에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절개한 단면도에 해당하고, 도 22는 도 20에 도시된 스펙트럴 센서에서 수광 파장 선택성을 설명하기 위한 그래프로서 횡축은 파장을 나타내고 종축은 전송율(transmission)을 나타낸다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제1 기판(210)의 아래에 64개의 컬러 필터(CF)가 배치되며, 각 컬러 필터(CF)의 아래에 수광부(230)가 배치되고, 수광부(230) 아래에 금속 전극(240)이 배치된다. 또한, 각 컬러 필터(CF)별로 하나의 수광부(230)와 하나의 금속 전극(240)이 할당됨을 알 수 있다.
예를 들어, 제1 기판(210)의 아래에 64개의 컬러 필터(CF)가 배치될 수 있으며, 64개의 컬러 필터(CF)는 400 ㎚의 보라색 파장대부터 1030 ㎚의 적외선 파장대까지 10㎚ 간격으로 각각 서로 다른 파장대의 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 400 ㎚, 410 ㎚, 420 ㎚, ..., 1020 ㎚ 및 1030 ㎚ 파장대의 광이 64개의 컬러 필터(CF)에서 각각 투과될 수 있다.
제1 기판(210) 아래에 배치된 투광 전극(220A), 수광부(230) 및 금속 전극(240)은 도 12에 도시된 투광 전극(220A), 수광부(예를 들어, 230B1, 230B2, 230G) 및 금속 전극(예를 들어, 240B1, 240B2, 240G)와 각각 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
64개의 컬러 필터(CF) 각각은 400 ㎚ 내지 1030 ㎚의 파장 대역에서 자신에 할당된 파장대의 광을 투과시켜 자신에 할당된 수광부(230)로 전달한다. 도 22를 참조하면, 64개의 컬러 필터(CF)의 수광 파장 선택성(400, 402, 404, 406, 408)을 알 수 있다. 예를 들어, 64개의 컬러 필터 중에서 녹색 컬러 필터는 525 ㎚의 파장만 투과(406)시켜 자신에 할당된 수광부(230)로 전달하고, 이를 전달받은 수광부(230)는 녹색 파장의 빛의 세기에 대응하는 레벨을 갖는 전기적 신호를 발생한다.
전술한 실시 예에 의한 스펙트럴 센서의 경우 커버 글래스 같은 제1 기판(210)에 컬러 필터(CF), 투광 전극(220A), 수광부(230) 및 금속 전극(240)이 증착되어 초박형으로 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 스펙트럴 센서는 커버 글래스 일체형으로 제작 가능하여 초박형으로 웨어러블 기기나 모바일에 적용할 수 있습니다. 또한, 글래스 수광부(예를 들어, 포토 다이오드)의 형상 자유도로 인해 다양한 배열과 모양의 스펙트럴 센서를 디자인 할 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 RGB 센서와 유사하게, 카메라 모듈 커버 글래스에 도넛형상으로 적용될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200A 내지 200J: 단위 센서 210: 제1 기판
212: 제2 기판 220, 220A, 220B, 220CF1, 220CF2: 투광 전극
222: 접점부 230B1, 230B2, 230G, 230CF1, 230CF2: 수광부
240B1, 240B2, 240CF1, 240CF2, 240CF1A 내지 240CF4A, 240G, 240R: 금속전극
262, 264, 266: 솔더볼 270: 연결부
300: 영상 획득 장치 310: 카메라 모듈
312: 렌즈 1000: 컬러 센서

Claims (16)

  1. 광이 입사되는 제1 면과 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함하는 제1 기판; 및
    상기 제1 기판 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 갖는 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 단위 픽셀은
    제1 평면적을 갖는 블루 컬러 필터;
    제2 평면적을 갖는 그린 컬러 필터;
    제3 평면적을 갖는 레드 컬러 필터; 및
    상기 레드 컬러 필터, 상기 그린 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터 각각에 대응하여 상기 제1 기판의 두께 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치된 레드 수광 소자, 그린 수광 소자 및 블루 수광 소자를 포함하고,
    상기 제1 평면적은 상기 제2 평면적보다 크고 상기 제3 평면적보다 크고,
    상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제2 면 위에 배치되는 컬러 센서.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 블루 컬러 필터는
    행 방향으로 서로 인접하게 이격되어 배치된 제1 및 제2 블루 컬러 필터를 포함하는 컬러 센서.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 블루 컬러 필터는
    대각선 방향으로 서로 인접하게 이격되어 배치된 제1 및 제2 블루 컬러 필터를 포함하는 컬러 센서.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 단위 픽셀에서
    상기 그린 컬러 필터 및 상기 레드 컬러 필터는 상기 제1 및 제2 블루 컬러 필터와 열 방향으로 각각 중첩되는 컬러 센서.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제1 기판의 중앙을 에워싸도록 배치되는 평면 형상을 갖는 컬러 센서.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 레드 수광 소자는 상기 레드 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 레드 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제1 전기적 신호를 생성하고,
    상기 그린 수광 소자는 상기 그린 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 그린 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제2 전기적 신호를 생성하고,
    상기 블루 수광 소자는 상기 블루 컬러 필터와 상기 제1 기판의 두께 방향으로 중첩되고, 상기 블루 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 비례하는 제3 전기적 신호를 생성하는 컬러 센서.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 레드 수광 소자, 상기 그린 수광 소자 및 상기 블루 수광 소자 각각은
    상기 레드 컬러 필터, 상기 그린 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터 중에서 해당하는 레드 컬러 필터에서 투과된 광을 상기 제1 기판의 상기 제2 면과 대면하는 제3 면으로 수광하여 각자의 전기적 신호를 생성하는 수광부;
    상기 제1 기판의 상기 제2 면과 상기 수광부의 상기 제3 면 사이에 배치된 투광 전극; 및
    상기 수광부의 상기 제3 면의 반대측 제4 면 위에 배치된 금속 전극을 포함하는 컬러 센서.
  13. 삭제
  14. 제12 항에 있어서, 상기 레드 수광 소자, 상기 그린 수광 소자 및 상기 블루 수광 소자의 상기 투광 전극은 서로 연결되거나, 상기 레드 수광 소자, 상기 그린 수광 소자 및 상기 블루 수광 소자의 상기 투광 전극 각각이 서로 이격된 컬러 센서.
  15. 삭제
  16. 광이 입사되는 제1 면과 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함하는 제1 기판을 포함하는 컬러 센서; 및
    상기 컬러 센서와 대향하여 배치된 카메라 모듈을 포함하고,
    상기 컬러 센서는
    상기 제1 기판 상에 배치되며, 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 반복되어 배열된 평면 형상을 갖는 픽셀 어레이를 더 포함하고,
    상기 단위 픽셀은
    제1 평면적을 갖는 블루 컬러 필터;
    제2 평면적을 갖는 그린 컬러 필터; 및
    제3 평면적을 갖는 레드 컬러 필터를 포함하고,
    상기 제1 평면적은 상기 제2 평면적보다 크고 상기 제3 평면적보다 크고,
    상기 단위 픽셀에서 상기 그린 컬러 필터, 상기 레드 컬러 필터 및 상기 블루 컬러 필터는 상기 제2 면 위에 배치되는 영상 획득 장치.
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